(57)【要約】【課題】  正確な測定が可能なカード型標的物質検出装置の提供。【解決手段】  カード型基板上に、（１）１又は２以上の試料載置用凹部、及び（２）標的物質を電気化学的に検出するための電極を有し、当該（１）及び（２）が毛細管力を有する流路で連結されてなるカード型標的物質検出装置において、前記電極に移動する試料液の温度を検出するための温度検出器、及び前記電極に移動する試料液の温度を制御するための温度調節器が配置されていることを特徴とするカード型標的物質検出装置。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カード型基板上に、（１）１又は２以上の試料載置用凹部、及び（２）標的物質を電気化学的に検出するための電極を有し、当該（１）凹部及び（２）電極が毛細管力を有する流路で連結されてなるカード型標的物質検出装置において、前記電極に移動する試料液の温度を検出するための温度検出器、及び前記電極に移動する試料液の温度を制御するための温度調節器が配置されていることを特徴とするカード型標的物質検出装置。
【請求項２】
前記温度調節器が、前記温度検出器により検出された温度に基づいてサーモモジュールを制御する制御部、及びサーモモジュールからなるものである請求項１記載のカード型標的物質検出装置。
【請求項３】
前記温度検出器が、カード上の電極部又はカード上の電極部と制御部とのコネクタ部に設置されているものである請求項１又は２記載のカード型標的物質検出装置。
【請求項４】
前記電極が、作用電極、対電極及び参照電極からなるものであり、前記温度検出器を、作用電極又は対電極が兼用するものである請求項１〜３のいずれか１項記載のカード型標的物質検出装置。
【請求項５】
カード型基板上に、（１）１又は２以上の試料載置用凹部、及び（２）標的物質を電気化学的に検出するための電極を有し、当該（１）凹部及び（２）電極が毛細管力を有する流路で連結されてなるカード型標的物質検出装置において、前記電極に移動する試料液の温度を検出するための温度検出器、及び前記温度検出器により検出された温度に基づいて電気化学的に検出された測定値を補正するための測定値制御部が配置されていることを特徴とするカード型標的物質検出装置。
【請求項６】
前記温度検出器が、カード上の電極部又はカード上の電極部と制御部とのコネクタ部に設置されているものである請求項５記載のカード型標的物質検出装置。
【請求項７】
前記電極が、作用電極、対電極及び参照電極からなるものであり、前記温度検出器を、作用電極又は対電極が兼用するものである請求項５又は６記載のカード型標的物質検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、正確に測定可能な、電気化学的手段により標的物質を検出するカード型標的物質検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マイクロマシーニングにより化学分析システムを小型化する研究が盛んに行われている。これは、システムの小型化により、無効体積の減少、サンプルや試薬量の低減、システムの低価格化、使用時の低消費電力化が図れるためである。システムの小型化の手段として、そのシステムを構成する個々の要素を小型化することが行われており、例えば、心電位測定用の体表面装着型マイクロシステムといったものが知られている。また、ポイント・オブ・ケア（ＰＯＣ）検査のために電極反応物と電極との電極反応を利用した電気化学的検出技術を導入したマイクロシステム（特許文献１）が研究され、小型化・低価格化が実現可能な段階にまで来ている。これらの電気化学的手法を用いたマイクロシステムは反応物質の濃度変化を電流値として示すものである。
【特許文献１】特開２００３−９８１７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、当該マイクロシステムにおいては、測定値の誤差が大きく、特に医療分野において病気の診断基準として用いられるので１％以下の測定精度が求められ、当該システムの改良が望まれている。
従って、本発明の目的は、より正確な測定が可能なカード型標的物質検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
そこで本発明者は、当該マイクロシステムにおける誤差の発生原因について種々検討したところ、マイクロシステムにおいては密閉された微細流路中で反応を行い、標的物質の電流値を測定するものであるが、反応が密閉された微細流路中で行われるため試料液の温度が上昇してしまうことが多く、その温度上昇に伴ない電流値が変化してしまい、測定値に誤差が生じてしまうものであることを見出した。そして、カード型標的物質検出装置に、温度検出器と温度調節器とを配置するか、又は温度検出器とその検出された温度変化に基づいて測定値を補正するための測定値制御部とを配置すれば、正確な測定値が得られることを見出し、本発明を完成した。
【０００５】
すなわち、本発明は、カード型基板上に、（１）１又は２以上の試料載置用凹部、及び（２）標的物質を電気化学的に検出するための電極を有し、当該（１）凹部及び（２）電極が毛細管力を有する流路で連結されてなるカード型標的物質検出装置において、前記電極に移動する試料液の温度を検出するための温度検出器、及び前記電極に移動する試料液の温度を制御するための温度調節器が配置されていることを特徴とするカード型標的物質検出装置を提供するものである。
【０００６】
また、本発明は、カード型基板上に、（１）１又は２以上の試料載置用凹部、及び（２）標的物質を電気化学的に検出するための電極を有し、当該（１）凹部及び（２）電極が毛細管力を有する流路で連結されてなるカード型標的物質検出装置において、前記電極に移動する試料液の温度を検出するための温度検出器、及び前記温度検出器により検出された温度に基づいて電気化学的に検出された測定値を補正するための測定値制御部が配置されていることを特徴とするカード型標的物質検出装置を提供するものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の装置を用いれば、微細流路中で試料液の温度が変化しても正確な測定値が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明のカード型標的物質検出装置は、カード型基板上に、（１）１又は２以上の試料載置用凹部、及び（２）標的物質を電気化学的に検出するための電極を有し、該（１）凹部及び（２）電極が毛細管力を有する流路で連結されてなるものである。当該カード型基板上には、さらに１又は２以上の試料移動用液体載置用凹部が設けられていてもよい。図１には、本発明カード型標的物質検出装置の一例である、（１）試料載置用凹部が１個、（２）液体載置用凹部が２個の場合の概念図を示してある。
【０００９】
カード型基板は、合成樹脂製であるのが好ましく、当該合成樹脂としてはポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチル（メタ）アクリレート等が挙げられるが、特にポリメチル（メタ）アクリレートが好ましい。カード型基板は、例えば縦３０〜８０mm、横６０〜１５０mm、厚さ１〜３mm程度の板状物であるのが好ましい。
【００１０】
（１）試料載置用凹部は１個でもよく、２個以上あってもよい。当該凹部は、試料が、反応に必要な量載置できる大きさであればよい。なお、試料移動用液体載置用凹部は、試料が液体、例えば試料含有溶液である場合には、特に必要とされない。試料や試料移動用液体は、通常、当該凹部にピペットにより滴下することにより載置される。なお、試料移動用液体としては、反応溶媒、緩衝液、水等が用いられる。
【００１１】
（２）電極は、標的物質を電気化学的に検出できる構成であればよいが、電気化学的な方法による反応液の測定は、サイクリックボルタンメトリー（CV）がよく利用される。本法は反応液中にある３電極（参照電極、作用電極、対電極）において参照電極に対する作用電極の電位を変化させることで得られる酸化電流、還元電流の変化を読み取るものである。従って、当該電極は、例えば図２のように配置される。
【００１２】
前記（１）試料載置用凹部、（２）電極及び必要に応じて試料移動用液体装置凹部は、毛細管力を有する流路で連結されている。流路は、例えば、カード型基板上に溝を掘ることによって形成することができ、流路の毛細管力は、溝の大きさ（幅）によって調整することができる。これは、溝の幅を小さくすれば毛細管力は大きくなり、溝の幅を大きくすれば毛細管力は小さくなる。流路のパターンは特に制限されない。
【００１３】
このように試料載置用凹部と電極とが毛細管力を有する流路で連結されることにより、試料載置用凹部に滴下された試料液は流路を移動し、流路中で必要な反応を生起し、電極により標的物質の量が電気化学的に、電流として検出される。得られた電流値を用い、予め作成された検量線などから、標的物質の量を定量できる。
【００１４】
この電流は液中の標的物質の電極への拡散速度に比例する。また拡散速度は物質の濃度勾配に比例する。
従って電流ｉは、式（１）
【００１５】
【数１】
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【００１６】
ｎ：反応電子数           Ｆ：ファラデー定数（C/mol）
Ａ：電極面積（m2）    Ｄ：反応液の拡散係数（m2/S）
Ｃ：反応液濃度（mol/m3）    ｘ：電極表面から溶液内部への距離（m）
【００１７】
（１）式における拡散係数Ｄは水溶液系ならおよそ１０-9 m2/S位であるが、問題はDは温度依存性がある事である。拡散係数は液の粘度によって上下し、粘度は温度によって上下するからである。
従って標的物質の濃度を電流によって判定する場合、液の温度管理が重要な要素となる。
通常のビーカーや太い流路のある電気化学的な測定であれば液温の管理は容易であるが、本発明は密閉された微細流路中の反応を測定するカード型デバイスであって通常の温度管理は利用できない。
【００１８】
そこで、第一の本発明は、前記カード型標的物質検出装置に、前記電極に移動する試料液の温度を検出するための温度検出器、及び前記電極に移動する試料液の温度を制御するための温度調節器を配置したものである。本発明のカードに、当該温度検出器と温度調節器を組み合せた例を図３に示す。
【００１９】
図３の態様においては、温度調節器が、前記温度検出器により検出された温度に基づいてサーモモジュールを制御する温度制御部、及びサーモモジュールからなっている。ここで、温度検出器としては、熱電対や抵抗温度センサ等が用いられる。例えば、カード上の電極部（上部又は下部）又はコネクタ部に設けられた温度検出器により検出された温度変化は、コネクタを介して温度制御部に伝達される。サーモモジュールは、熱電半導体を利用したヒートポンプの一種であり、電流の方向を変更することにより冷却及び加熱のいずれかをすることができる装置であり、市販品を応用できる。電流の方向の変更は、温度検出器から伝達された温度変化に基づき、温度制御部で制御することにより容易に行うことができる。例えば、電極部の温度が３９℃を超えた場合には冷却し、３５℃未満の場合には加熱することにより、電極部の試料液の温度を３７±２℃に制御できる。
【００２０】
また、温度検出器は、前記のように熱電対や抵抗温度センサであってもよいが、作用電極又は対電極を、例えば図４のように配置することにより、温度検出器と兼用することもできる。この場合には、新たな温度検出器を必要とせず、特に好ましい。
【００２１】
また、第２の本発明は、前記カード型標的物質検出装置に、前記電極に移動する試料液の温度を検出するための温度検出器、及び前記温度検出器により検出された温度に基づいて電気化学的に検出された測定値を補正するための測定値制御部を配置したものである。本発明のカードに、当該温度検出器と測定値制御部を組み合せた例を図５に示す。
【００２２】
第２の本発明における温度検出器は、前記第１の発明と同様のものがすべて使用できる。測定値制御部には、予め試料液の温度変化により電流値がどのように変化するかを測定することにより得られた補正値をインプットしておく。得られた電流値と試料液温度により、現在の測定値の正確な値からの誤差値を補正することができるように予めプログラムしておけばよい。このような補正値は、通常、標準物質を用いた測定値から予め求めておくことができる。
【００２３】
このように測定値を自動的に補正することにより、試料の温度調節は必要なくなる。
【００２４】
図６には、第１及び第２の発明におけるカードと制御部とのコネクション形態の一例を示す。
【実施例】
【００２５】
実施例１
図１、図２及び図３のカードを用い、図６のようにカード部と制御部をコネクションして実験を行った。試料としては、フェロセンを用い、緩衝液としてはマロネート緩衝液を用いた。温度調節を行うことなく、測定した結果を図７に示す。図７に示すように、試料液温度の変化に伴い、試料濃度が一定であるにもかかわらず得られた電流値が変化した。これにより、カード型デバイスでは、電流値が温度に依存して変化し、測定値の誤差を生じることがわかる。これに対し、温度調節を行うことにより、測定値の変化を制御することができた。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】カード型標的物質検出装置の一例を示す概念図である。
【図２】電極の配置の一例を示す（斜線部は、コネクタとの接触部を示す）。
【図３】本発明カード型標的物質検出装置における、カード、温度検出器、温度制御及びサーモモジュールの組み合せの概念図を示す。
【図４】作用電極を温度センサとする場合の電極の配置例を示す。
【図５】本発明のカード型標的物質検出装置における、カード、温度検出器及び測定値制御部の組み合せの概念図を示す。
【図６】本発明におけるカードと制御部とのコネクションの状態を示す。
【図７】試料液の温度変化と電流値との関係を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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